Электризация нефтепродуктов. Причины возникновения и меры для защиты от статического электричества

Образование зарядов статического электричества свя-зано с тем, что нефть и нефтепродукты являются диэлек-триками, и поэтому при интенсивном трении их частиц друг о друга, а также о воздух имеет место электростати-ческая индукция.

Для обеспечения электростатической искробезопасности резервуаров необходимо:

• заземлить все их электропроводные узлы и детали;
• исключить процессы разбрызгивания и распыления нефти (нефтепродуктов), а также возможность искрообразования при отборах проб и замерах уровня жид-кости в резервуарах;
• ограничить скорости заполнения резервуаров, а так-же истечения нефти (нефтепродуктов) при размыве донных отложений.

Заземляющие устройства, применяемые для защиты от статического электричества, объединяют с аналогич-ными устройствами электрооборудования или молниеза-щиты. Сопротивление данных устройств не должно пре-вышать 100 Ом.

Железобетонный резервуар считается электростатиче-ски заземленным, если сопротивление в любой точке его внутренней и внешней поверхности относительно контура заземления не превышает 10 7 Ом. Во избежание искровых разрядов не допускается наличие в резервуарах на поверх-ности нефти (нефтепродуктов) незаземленных электропро-водных плавающих предметов (понтонов, плавающих крыш, поплавков уровнемеров и т.д.). Их заземление осуществля-ется путем присоединения к корпусу резервуара. Причем понтон или плавающая крыша соединяется с ним не менее чем двумя гибкими стальными перемычками.

Применение неэлектропроводных плавающих уст-ройств и предметов (в частности предназначенных для уменьшения потерь нефти и нефтепродуктов от испаре-ния) допускается только по согласованию со специализи-рованной организацией, занимающейся защитой от ста-тического электричества.

Технологические трубопроводы и оборудование, рас-положенные в резервуарном парке и на резервуарах, на всем протяжении должны представлять собой непрерыв-ную электрическую цепь и присоединяются к контуру заземления не менее чем в двух местах.

Во избежание разбрызгивания и распыления нефти (нефтепродуктов), приводящих к образованию зарядов статического электричества, заполнение резервуаров про-изводится только под уровень. Если же это невозможно (при заполнении резервуаров после дефектоскопии или ремонта), то скорость закачки нефти (нефтепродуктов) в него не должна превышать 1 м/с до момента затопле-ния приемо-раздаточного патрубка в резервуарах типа РВС и до всплытия понтона или плавающей крыши в резервуарах типов РВСП и РВСПК.

При ручном отборе проб или замере уровня нефти (нефтепродуктов) в резервуаре через замерный люк дан-ные операции необходимо выполнять не ранее чем че-рез 10 минут после прекращения операции закачки (от-качки).

• для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 10 5 Ом·м скорость закачки в резервуар должна быть не более 10 м/с;
• для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 10 9 Ом·м - до 5 м/с;
• для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10 9 Ом·м допустимые скорости транспортировки и истечения устанавливаются на основе специальных расчетов.

Для снижения скорости истечения нефтей (нефтепро-дуктов) с удельным объемным электрическим сопротив-лением выше 10 9 Ом·м в резервуары рекомендуется при-менять так называемые релаксационные емкости, пред-ставляющие собой горизонтальный участок трубопровода длиной L e и увеличенного диаметра D e , находящийся не-посредственно на входе в резервуар:

D e = D·√2 · W; L e = 2.2·10 -11 ·ε·ρ v ,

Где D - диаметр трубопровода; W - скорость жидкости в нем, м/с; ε — диэлектрическая постоянная нефти (неф-тепродукта); ρ v - удельное объемное электрическое сопротивление жидкости, Ом·м.

6.15.1. Технологические операции с нефтепродуктами, являющимися хорошими диэлектриками, сопровождаются образованием электрических зарядов. Большое количество зарядов может создаваться при боковом наливе светлых нефтепродуктов в резервуары, верхнем и нижнем наливе в автомобильные и железнодорожные цистерны, наливе в танки судов, в газовом пространстве которых могут возникать взрывоопасные концентрации смеси паров нефтепродуктов с воздухом.

6.15.2. Для устранения опасности разрядов статического электричества при технологических операциях со светлыми нефтепродуктами необходимо предусматривать следующие меры:

• заземление резервуаров, цистерн, трубопроводов, средств измерения уровня и отбора проб;

• применение присадок для повышения проводимости нефтепродуктов;

• снижение интенсивности генерации зарядов статического электричества путем уменьшения скорости налива светлых нефтепродуктов в резервуары, суда, автомобильные и железнодорожные цистерны;

• нейтрализация радиоактивным излучением;

• заземление резервуаров и транспортных емкостей;

• нейтрализация зарядов статического электричества в трубопроводах с помощью электродов;

• применение инертных газов.

6.15.3. Заземляющие устройства для защиты от статического электричества следует, как правило, объединять с заземляющими устройствами для электрооборудования и молниезащиты. Такие заземляющие устройства должны быть выполнены в соответствии с требованиями ПУЭ, СНиП 3.05.06-85, ГОСТ 12.1.030, РД 34.21.122-87.
Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, допускается не выше 100 Ом.

6.15.4. Все металлические и электропроводные неметаллические части технологического оборудования должны быть заземлены независимо от применения других мер защиты от статического электричества.

6.15.5. Металлическое и электропроводное неметаллическое оборудование, трубопроводы, вентиляционные короба и кожухи термоизоляции трубопроводов должны представлять собой на всем протяжении непрерывную электрическую цепь, которая должна быть присоединена к контуру заземления через каждые 40-50 м не менее, чем в двух точках.

6.15.6. Лакокрасочное покрытие, нанесенное на заземленное металлическое оборудование, считается электростатически заземленным, если сопротивление наружной поверхности покрытия относительно заземленного оборудования не превышает 10 Ом.
Измерение сопротивления должно проводиться при относительной влажности окружающего воздуха не выше 60 %, причем площадь контакта измерительного металлического электрода с поверхностью оборудования не должна превышать 30 см2.

6.15.7. Автоцистерны, находящиеся под наливом и сливом пожароопасных жидкостей, в течение всего времени заполнения и опорожнения должны быть присоединены к заземляющему устройству.
Контрольные устройства для подсоединения заземляющих проводников должны удовлетворять условию электростатической искробезопасности по ГОСТ 12.1.018.
Не допускается подсоединение заземляющих проводников к окрашенным и загрязненным металлическим частям автоцистерн.
Открытие люка автоцистерны и погружение в нее наливной трубы (рукава) допускается только после заземления автоцистерны. Отсоединение заземляющих проводников от автоцистерны производится после завершения налива или слива нефтепродуктов, поднятия наливной трубы из горловины автоцистерны, отсоединения сливного шланга.

6.15.8. Рукава из неэлектропроводных материалов с металлическими наконечниками, используемые для налива нефтепродуктов, должны быть обвиты медной проволокой диаметром не менее 2 мм с шагом витка не более 100 мм. Один конец проволоки соединяется с металлическими заземляющими частями продуктопровода, а другой - с наконечником рукава. При использовании армированных или электропроводных рукавов их обвивка не требуется при условии обязательного соединения арматуры или электропроводного резинового слоя с заземленным продуктопроводом и металлическим наконечником рукава. Наконечники рукавов должны быть изготовлены из металлов, исключающих искрообразование.

6.15.9. Нефтепродукты должны закачиваться в резервуары и цистерны без разбрызгивания или бурного перемешивания. Налив светлых нефтепродуктов свободно падающей струей не допускается. Расстояние от конца наливной трубы рукава до днища резервуара или цистерны не должно превышать 200 мм, а если это невозможно, то струя должна быть направлена вдоль стенки.

6.15.10. Для предотвращения образования опасных разрядов статического электричества скорость налива светлых нефтепродуктов в резервуары, цистерны и танки судов не должна превышать предельно допустимых значении, при которых заряд, приносимый с потоком нефтепродукта в резервуар, цистерну, танк судна не мог бы вызвать с его поверхности искрового разряда, энергия которого достаточна для воспламенения паровоздушной смеси. Предельно допустимые скорости истечения светлых нефтепродуктов зависят: от вида налива (боковой, верхний, нижний); свойств нефтепродукта; содержания и размера примесей; свойств материала и состояния поверхности стенок трубопровода; размеров трубопровода и емкостей; формы емкостей.
Установление предельно допустимых значений налива светлых нефтепродуктов в резервуары, цистерны и танки судов производится специализированными организациями.
При необходимости производить налив нефтепродуктов со скоростями, превышающими предельно допустимые, одновременно с заземлением должны быть приняты дополнительные меры по снижению электризации нефтепродуктов, указанные в 6.15.2.

6.15.11. При заполнении порожнего резервуара светлые нефтепродукты должны подаваться в него со скоростью не более 1 м/с до момента затопления верхней образующей приемо-раздаточного патрубка.

6.15.12. Для предотвращения опасности возникновения искровых разрядов на поверхности светлых нефтепродуктов не должно быть незаземленных электропроводных плавающих предметов. Понтоны из электропроводных материалов должны быть заземлены с помощью гибких заземляющих проводников сечением не менее 6 мм2 (не менее двух).
Заземляющие проводники одним концом должны быть присоединены к крыше резервуара, другим - к понтону.
Понтоны из неэлектропроводных материалов должны иметь электростатическую защиту. Установление вида электростатической защиты таких понтонов производится специализированными организациями.

6.15.13. Ручной отбор проб нефтепродукта из резервуаров допускается не ранее, чем через 10 минут после прекращения налива нефтепродукта.
Пробоотборник должен иметь токопроводящий приваренный (припаянный) к его корпусу медный тросик. Перед отбором пробы пробоотборник должен быть надежно заземлен путем подсоединения медного тросика к клеммному зажиму, расположенному преимущественно на перильном ограждении крыши резервуара.
Целостность тросика должна проверяться перед каждым использованием пробоотборника.

6.15.14. Полы разливочных должны быть выполнены из электропроводящих материалов или на них должны быть уложены заземленные металлические листы, на которые устанавливают емкости, заполняемые нефтепродуктами.
Допускается осуществлять заземление бочек, бидонов и других емкостей путем присоединения их к заземляющему устройству медным тросиком с наконечником под болт, винт, шпильку.

6.15.15. Не допускается проведение работ внутри емкостей, где возможно образование взрывоопасных концентраций паровоздушных смесей, в комбинезонах, куртках и другой верхней одежде из электризующихся материалов. Работы следует проводить только в спецодежде, установленной для этих целей.

6.15.16. Осмотр и текущий ремонт заземляющих устройств защиты от проявлений статического электричества должны проводиться одновременно с осмотром и текущим ремонтом технологического и электротехнического оборудования.
Измерения электрических сопротивлений заземляющих устройств должны проводиться не реже одного раза в год, а результаты измерений и ремонтов - заноситься в журнал по эксплуатации устройств для защиты от проявлений статического электричества (Приложение 11 ).

4.4.1. Для предупреждения возникновения искровых разрядов с поверхности оборудования, нефти и нефтепродуктов, а также с тела человека необходимо предусматривать, с учетом особенностей производства, следующие меры, обеспечивающие стекание возникающего заряда статического электричества:

• снижение интенсивности генерации заряда статического электричества;
• устройство заземления оборудования резервуаров и коммуникаций, а также обеспечение постоянного контакта тела человека с заземлением;
• уменьшение удельного объемного и поверхностного электрического сопротивления;
• использование радиоизотопных, индукционных и других нейтрализаторов.

4.4.2. Заземляющие устройства для защиты от статического электричества следует, как правило, объединять с заземляющими устройствами для электрооборудования. Такие заземляющие устройства должны быть выполнены в соответствии с требованиями ПУЭ-85, ГОСТ 21130—75 СН 102—76, Инструкцией по устройству сетей заземления. Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, допускается не выше 100 Ом.

Все металлические и электропроводящие неметаллические части оборудования резервуаров должны быть заземлены независимо от того, применяются ли другие меры защиты от статического электричества.

Лакокрасочное покрытие, нанесенное на заземленное металлическое оборудование, внутренние и наружные стены резервуаров, считаются электростатическим заземлением, если сопротивление наружной поверхности покрытия относительно заземленного оборудования не превышает 10 Ом.

4.4.3 Резервуары вместимостью более 50 м 3 (за исключением вертикальных диаметров до 2,5 м) должны быть присоединены к заземлителям с помощью не менее двух заземляющих проводников в диаметрально противоположных точках.

4.4.4. Нефтепродукты должны закачиваться в резервуары без разбрызгивания, распыления или бурного перемешивания. Налив нефтепродуктов свободно падающей струей не допускается.

Расстояние от конца загрузочной трубы до дна резервуара не должно превышать 200 мм, а если это возможно, то струя должна быть направлена вдоль стенки. При этом форма конца трубы и скорость подачи нефтепродукта должны быть выбраны таким образом, чтобы исключить разбрызгивание.

4.4.5. Скорость движения нефтепродуктов по трубопроводам необходимо ограничивать таким образом, чтобы заряд, приносимый в резервуар с потоком нефтепродукта, не мог вызвать с его поверхности искрового разряда, энергия которого достаточна для воспламенения окружающей среды. Допустимые скорости движения жидкости по трубопроводам и истечения их в резервуары зависят от следующих условий, влияющих на релаксацию зарядов: вида налива, свойств нефтепродукта, содержания и размера нерастворимых примесей, свойств материала стенок трубопровода, резервуара.

4.4.6. Для нефтепродуктов с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 10 9 Ом. м скорости движения и истечения допускаются до 5 м/с.

Для нефтепродуктов с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10 9 Ом.м допустимые скорости транспортирования и истечения устанавливаются для каждого нефтепродукта отдельно.

Для снижения до безопасного значения плотности заряда в потоке жидкости, имеющей удельное объемное электрическое сопротивление более 10 9 Ом.м, при необходимости транспортирования их по трубопроводам со скоростью, превосходящей безопасную, следует применять специальные устройства для отвода зарядов.

Устройство для отвода зарядов из жидкого продукта должно устанавливаться на загрузочном трубопроводе непосредственно у входа в заполняемый резервуар так, чтобы при максимальной из используемых скоростей транспортирования время движения продукта по загрузочному патрубку после выхода из устройства до истечения в аппарат не превосходило 0,1 постоянной времени релаксации заряда в жидкости.

Если это условие конструктивно не может быть исполнено, то отвод возникающего в загрузочном патрубке заряда должен быть обеспечен внутри заполняемого резервуара до выхода заряженного потока на поверхность имеющейся в резервуаре жидкости.

Примечания . В качестве устройств для отвода заряда из жидкого продукта могут использоваться нейтрализаторы со струнами, правила выбора, конструирования, монтажа и эксплуатации которых изложены в РТМ 6.28-008—78 Устройства отвода заряда из потока жидкости с протяженными разрядными электродами (нейтрализаторы со струнами).

В качестве устройств для отвода заряда внутри заполняемого резервуара могут применяться клетки из заземленной металлической сетки, охватывающие некоторый объем у конца загрузочного патрубка таким образом, чтобы заряженный поток из патрубка поступал внутрь клетки. При этом объем клетки должен быть не менее V = Q τ /3600, где V — объем клетки, м 3 ; Q — скорость перекачки нефтепродукта, м 3 /ч; τ — постоянная времени релаксации заряда в нефтепродукте, с.

4.4.7. Данные по электрическим параметрам светлых нефтепродуктов и номограммы по определению допустимых скоростей перекачки приведены в Рекомендациях по предотвращению опасной электризации нефтепродуктов при наливе в вертикальные и горизонтальные резервуары, автомобильные и железнодорожные цистерны, утвержденных 12/XI.85 г. Госкомнефтепродуктом РСФСР.

4.4.8. Нефтепродукты должны поступать в резервуар ниже уровня находящегося в нем остатка нефтепродукта.

При заполнении порожнего резервуара нефтепродукты должны подаваться в него со скоростью не более 1 м/с до момента затопления конца приемно-раздаточного патрубка.

При дальнейшем заполнении скорость следует выбирать с учетом требований п. 4.4.6.

4.4.9. Для предотвращения опасности возникновения искровых разрядов на поверхности нефтепродуктов не должно быть незаземленных электропроводящих плавающих предметов.

4.4.10. Понтоны из электропроводящих материалов, предназначенные для уменьшения потерь нефтепродуктов от испарения, должны быть заземлены с помощью не менее двух гибких заземляющих проводников площадью сечения не менее 6 мм 2 , присоединенных к понтону в диаметрально противоположных точках.

4.4.11. Понтоны из неэлектропроводящих материалов должны иметь электростатическую защиту.

4.4.12. Ручной отбор проб нефтепродуктов из резервуаров допускается не ранее, чем через 10 мин после прекращения движения нефтепродукта.

Под статическим электричеством понимаются электрические заряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, распределенные на поверхности или в объеме диэлектрика или на поверхности изолированного проводника.

Контактная разность потенциалов различна и зависит от диэлектрических свойств соприкасающихся материалов, их физического состояния, величины давления, с которым поверхности прижаты друг к другу, скорости перемещения, от влажности и температуры окружающей среды и др.

Электризация твердых тел возможна при движении ременных передач и конвейерных лент.

Как показывают проведенные исследования, интенсивная электризация наблюдается при соударении частиц о поверхности трубопроводов в процессе пневмотранспортировки пылевидных материалов, деформации, дроблении (разбрызгивании) веществ, относительном перемещении двух находящихся в контакте тел, слоев жидкости или сыпучих материалов, при интенсивном перемещении, перемешивании, кристаллизации и испарении веществ.

Кроме того, возможна электризация жидкостей, имеющих низкую электропроводность, в том числе при наливе, сливе и перекачке толуола, бензина и других нефтепродуктов из незаземленных резервуаров, цистерн, бочек; при перевозке жидкостей в незаземленных емкостях; при их фильтровании через пористые перегородки и сетки и т.п. Опасность статического электричества обусловлена главным образом возможностью искрового разряда, что может привести к взрыву, пожару и, следовательно, поражению людей.

Разряд статического электричества возникает тогда, когда напряженность электростатического поля достигает пробивной (критической) величины. Для воздуха пробивное напряжение составляет примерно 30 кВ/см.

Физиологическое действие статического электричества на организм человека зависит от величины, освобождающейся при разряде электрической энергии. Человек может испытать слабые, умеренные или сильные уколы или удары. Уколы и толчки не опасны для жизни, так как сила тока ничтожно мала. Однако возможны рефлекторные движения, приводящие к падению с высоты, соприкосновению с не огороженными вращающимися частями машин и т.п.

На железнодорожном транспорте из всего многообразия технологических процессов, приводящих к появлению статического электричества, основными являются транспортировка различных жидкостей в цистернах, перекачка нефтепродуктов на сливно-наливных эстакадах.

Рассмотрим процесс электризации жидкости. Механизм электризации жидкости, движущейся по трубе, объясняется механическим разрушением двойного электрического слоя, возникающего на границе с твердой фазой. Поскольку любая диэлектрическая жидкость всегда содержит в себе определенное количество носителей электрического заряда, на границе раздела жидкой и твердой фаз происходит образование двойного электрического слоя.

При этом заряды одного знака, оседающие на поверхности твердой стенки, нейтрализуются, а заряды противоположного знака, находящиеся в объеме жидкости, увлекаются потоком и попадают в приемный резервуар. Если в резервуаре над поверхностью жидкости имеется легковоспламеняющаяся паровоздушная смесь, то не исключена возможность взрыва и пожара вследствие разряда статического электричества между поверхностью наэлектризованной жидкости и стенками резервуара или другими заземленными элементами конструкции.

Образование зарядов статического электричества происходит также при заполнении резервуаров свободно падающей струей, с разбрызгиванием.

При этом мелкие и крупные капли приобретают заряды противоположных знаков. Образуется облако мелких капель, создающее над поверхностью жидкости электрическое поле с высоким градиентом. В результате этих явлений происходят электростатические разряды.

Основные факторы, определяющие интенсивность электризации нефтепродуктов, чистота нефтепродуктов и их электрическое сопротивление; скорость и характер движения (непрерывной струей или разбрызгиванием); материал металла трубопроводов, резервуаров и других приспособлений, по которым движутся нефтепродукты, а также состояние их внутренней поверхности. Особенно интенсивно электризуются нефтепродукты при их фильтрации.

Установлено, что бензин, протекая по трубам, заряжается отрицательно, а трубопровод положительно.

Величина полного заряда, передаваемого наэлектризованным продуктом приемному резервуару:

где: -- заряд продукта, к/л;

Количество перекаченного продукта, л.

Данные о минимальной энергии воспламенения паро и газовоздушных смесей (при давлении 0,1 МПа и температуре 200С) приведены в таблице 11.1

Таблица 11.1

Для предупреждения возможности возникновения опасных искровых разрядов с поверхности оборудования, перерабатываемых веществ, а также с тела человека предусматриваются (с учетом особенностей производства) следующие мероприятия, обеспечивающие стекание возникших зарядов статического электричества:

Отвод зарядов с помощью уменьшения удельных объемных и поверхностных электрических сопротивлений;

Нейтрализация зарядов с помощью использования индукционных нейтрализаторов и др.;

Отвод зарядов с помощью устройства заземления оборудования и коммуникаций.

Среди мероприятий по защите от статического электричества наиболее широкое применение для отвода электростатических зарядов получило заземление, которое применяется совместно с вышерассмотренными мерами. Заземлению подлежат наливные стояки эстакад для заполнения цистерн и рельсы в пределах фронта сливно-наливных операций. Заземляющие устройства для защиты от статического электричества объединяют с защитными или грозозащитными заземляющими устройствами. При этом предельно допустимое сопротивление заземляющего устройства, предназначенного исключительно для отвода статического электричества, должно быть не больше 100 Ом. Неметаллическое оборудование будет являться электрически заземленным, если сопротивление любой его точки относительно контура заземления не превышает 107 Ом.

При малой емкости С сопротивление растеканию тока заземляющего устройства может быть выше 107 Ом.

Рассмотрим, в каком случае будет обеспечена безопасность от возможных разрядов статического электричества при наливе в изолированную цистерну вместимостью М = 1000 л. бензина со скоростью v = 100 л/мин. Скорость электризации бензина = 1,1·10-8 А·с/л.

Определим потенциал на цистерне к концу налива. Общий заряд, передаваемый электризованным бензином цистерне, составит.